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基本信息
- 項目名稱：
- 基于計算機視覺和多點觸控技術(shù)的交互式電子白板
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本項目研制了一套基于計算機視覺和多點觸控技術(shù)的新型交互式交互白板系統(tǒng)，在現(xiàn)有的投影儀+計算機的多媒體教學(xué)設(shè)備的基礎(chǔ)上，增加高速攝像頭和紅外激光構(gòu)成的檢測裝置，利用計算機視覺識別，紅外激光脈沖調(diào)制定位，多點觸控等技術(shù)來實現(xiàn)多媒體互動的交互白板功能。具有支持大屏幕尺寸，支持多點觸控、非接觸式操作，充分利用現(xiàn)有設(shè)備，便于移動、攜帶、改裝等特點。
- 詳細(xì)介紹：
- 本系統(tǒng)利用計算機視覺技術(shù)來完成對電子白板筆的定位，工作原理是用電子白板筆和白板擦發(fā)出的紅外光作為軌跡標(biāo)記，計算機上的高速攝像頭捕捉到這些紅外光標(biāo)記，識別出該標(biāo)記在屏幕的位置坐標(biāo)，并根據(jù)各自的歷史位置進(jìn)行同步的身份辨識和運動跟蹤，然后將各個物體運動的坐標(biāo)變化轉(zhuǎn)化為計算機控制指令，既可以控制光標(biāo)的移動和點擊實現(xiàn)一般計算機輸入設(shè)備（如鼠標(biāo)）的功能，又可以將電子白板筆的軌跡顯現(xiàn)在投影屏幕上，實現(xiàn)傳統(tǒng)黑板的即時書寫和黑板擦的擦除功能。 板擦的坐標(biāo)位置，即實現(xiàn)多支電子白板筆、多人同時書寫，使用支持多點操作的現(xiàn)代操作系統(tǒng)（如Windows 7）即可在計算機上原生的支持多點觸控操作以及多點手勢的識別。 另外，紅外光可以直接照射在投影屏幕或墻面上，因而本系統(tǒng)可以適應(yīng)各種介質(zhì)制作的投影屏幕，可以在現(xiàn)有的投影儀設(shè)備和投影幕基礎(chǔ)上進(jìn)行升級。利用紅外激光筆照射到屏幕上的光斑作為光線標(biāo)記也可以被攝像頭捕捉到，因而可以實現(xiàn)遙控操作，遙控距離可以很容易的達(dá)到50m以上。 對于使用手指直接進(jìn)行點擊的功能，可以利用若干個一字型激光器(發(fā)出的光不是一個點而是一條直線的激光器)在觸摸的近表面分布一個紅外光照層，當(dāng)手指接觸到觸摸表面時，紅外光會被手指擋住，有一部分紅外光被手指邊緣反射，從而可以被攝像頭捕捉到，識別為一個觸控點，同樣可以實現(xiàn)電子白板筆的效果。 本系統(tǒng)具有以下突出優(yōu)點 1、直接模擬黑板擦和粉筆，符合傳統(tǒng)教學(xué)習(xí)慣 2、采用紅外識別技術(shù)，抑制環(huán)境干擾 3、支持非接觸遙控操作，可操作區(qū)域大 4、課堂即時互動，產(chǎn)生一種新的課堂交互形式 5、支持被動式操作，使用方便 6、使用了計算機視覺識別技術(shù)，信息獲取簡單 7、支持多支電子白板筆同時書寫，易于教學(xué)交流和互動
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的： 針對目前課堂教學(xué)手段與輔助設(shè)備在教學(xué)應(yīng)用中的缺陷與不足，在現(xiàn)有交互白板理論基礎(chǔ)上，設(shè)計開發(fā)出一種基于計算機視覺和多點觸控技術(shù)的新型交互式電子白板系統(tǒng)，并實現(xiàn)多點觸控功能。 基本思路： 本系統(tǒng)利用計算機視覺技術(shù)來完成對電子白板筆的定位、身份辨識和運動跟蹤，將運動的坐標(biāo)變化轉(zhuǎn)化為計算機控制指令，既可以控制光標(biāo)的移動和點擊實現(xiàn)一般計算機輸入設(shè)備（如鼠標(biāo)）的功能，又可以將電子白板筆的軌跡顯現(xiàn)在投影屏幕上，實現(xiàn)傳統(tǒng)黑板的即時書寫和黑板擦的擦除功能。 利用多點觸控技術(shù)可以同時識別多支電子白板筆和白板擦的坐標(biāo)位置，即實現(xiàn)多支電子白板筆、多人同時書寫，使用支持多點操作的現(xiàn)代操作系統(tǒng)（如Windows 7）即可在計算機上原生的支持多點觸控操作以及多點手勢的識別。 利用獨創(chuàng)的激光脈沖調(diào)制技術(shù)實現(xiàn)非接觸式遙控操作，突破觸摸屏幕尺寸限制。 系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計，軟件由配置信息管理模塊、圖像處理模塊、多目標(biāo)識別模塊、多目標(biāo)追蹤模塊，事件處理模塊以及應(yīng)用程序接口模塊等組成。 創(chuàng)新點： 1、直接模擬黑板擦和粉筆，符合傳統(tǒng)教學(xué)習(xí)慣 2、支持多支電子白板筆同時書寫，易于教學(xué)交流和互動 3、支持非接觸遙控操作，可操作區(qū)域大 4、課堂即時互動，產(chǎn)生一種新的課堂交互形式 5、支持被動式操作，使用方便 6、使用了計算機視覺識別技術(shù)，信息獲取簡單
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本作品在使用形式上也保留了傳統(tǒng)的粉筆和黑板的即時書寫特點。支持多支筆同時書寫以及板擦功能。 本項目使用光學(xué)式多點操控技術(shù)作為定位方法，光學(xué)式多點操控技術(shù)區(qū)別于其他多點操控技術(shù)的關(guān)鍵在于，光學(xué)式多點觸控系統(tǒng)中主要利用圖像處理算法來完成對觸點的定位和跟蹤。優(yōu)點是將其他觸控系統(tǒng)使用昂貴的硬件完成的功能轉(zhuǎn)移到軟件上來實現(xiàn)。 遙控功能是本作品的特色功能，利用脈沖調(diào)制技術(shù)，可以使得只要將激光遙控對著屏幕即可控制光標(biāo)的移動，觸摸開關(guān)使得點擊時操作點漂移距離很短，可以很精確的點擊所要點擊的位置，這種遙控方式在使用多個遙控進(jìn)行操作時優(yōu)勢尤其明顯。 目前市場上多數(shù)已經(jīng)存在的白板都是單點觸控，即只能識別和支持每次一支“筆”的書寫、點擊，這樣極大的限制了白板系統(tǒng)的應(yīng)用。多點觸控技術(shù)解決了這一問題，多點觸控技術(shù)能同時采集多點信號，并對各路信號之間的時間和空間關(guān)系做出判斷。通過這些信息和后端的應(yīng)用軟件支持，可以賦予不同的多點組合不同的操作含義。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 面議
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品； 現(xiàn)場演示； 圖片； 錄像；
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 技術(shù)特點： 1、計算機視覺技術(shù)，支持的觸控點數(shù)多 2、使用脈沖激光調(diào)制法解決非接觸操作的預(yù)定位問題 3、支持被動式觸控操作，無需專用觸控筆即可操作 作品優(yōu)勢： 1、操作方便 2、可靠性高 3、成本低 4、適用范圍廣 推廣前景及市場分析： 隨著現(xiàn)代教學(xué)方法的推行和多媒體教學(xué)技術(shù)的普及，交互白板將會被各大中小學(xué)采用。在商業(yè)領(lǐng)域，交互白板可以更好的進(jìn)行商業(yè)展示和演講，同樣有著很好的應(yīng)用前景。 經(jīng)濟效益預(yù)測： 電子白板市場高速發(fā)展，2008-2009年增長速度達(dá)50%以上，預(yù)計仍然保持高增長率。在電子白板的用戶中，近90%來自教育行業(yè)，近10%來自商業(yè)用戶，其它為軍事、政府等機構(gòu)。若采取本作品的設(shè)計可以獲得很好的經(jīng)濟效益。
同類課題研究水平概述
- 一、多點觸控技術(shù) 多點觸控技術(shù)始于1982年由多倫多大學(xué)發(fā)明的感應(yīng)食多點觸控技術(shù)發(fā)展展控屏幕。同年貝爾實驗室發(fā)表了首份探討觸控技術(shù)的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)。 1984年，貝爾實驗室研制出一種能夠以多于一只手控制改變畫面的觸屏。同時上述于多倫多大學(xué)的一組開發(fā)人員終止了相關(guān)硬件技術(shù)的研發(fā)，把研發(fā)方向轉(zhuǎn)移至軟件及界面上，期望能接續(xù)貝爾實驗室的研發(fā)工作。 1991年此項技控取得重大突破，研制出一種名為數(shù)碼桌面的觸屏技術(shù)， 容許使用者同時以多個指頭觸控及拉動觸屏內(nèi)的影像。 1999年，“約翰埃利亞斯”和“魯尼韋斯特曼”生產(chǎn)了的多點觸控產(chǎn)品包括iGesture板和多點觸控鍵盤。經(jīng)過多年維持專利的iGesture板和多點觸控鍵盤。 2006年，Siggraph大會上，紐約大學(xué)的Jefferson Y Han教授向眾人演示最新成果，其領(lǐng)導(dǎo)研發(fā)的新型觸摸屏可由雙手同時操作,并且支持多人同時操作。利用該技術(shù)，Jefferson Y Han在36英寸×27英寸大小的屏幕上，同時利用多只手指(拇指似乎還無法感應(yīng)到)，在屏幕上畫出了好幾根線條。與普通的觸摸屏技術(shù)所不同的是，它同時可以有多個觸摸熱點得到響應(yīng)，而且響應(yīng)時間非常短——小于0.1秒。 2007年，“蘋果”及“微軟”分別發(fā)表了應(yīng)用多點觸控技術(shù)的產(chǎn)品及計劃，令該技術(shù)開始進(jìn)入主流的應(yīng)用。這種輸入界面讓使用者能大大擴大可操縱的比例言，引起大眾對使用多點觸控電腦的興趣。 二、交互式電子白板技術(shù) 在交互式電子白板技術(shù)的研究開發(fā)上，在英國、美國和日本等發(fā)達(dá)國家，交互電子白板的應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入推廣普及階段，各方面條件正日臻成熟，科學(xué)的教學(xué)模式、先進(jìn)的教學(xué)理念、豐富的資源庫、完善的技術(shù)保障與培訓(xùn)體系已經(jīng)基本形成。 電子白板技術(shù)在我國起步較晚，就調(diào)查顯示自1998年至2003年，有關(guān)電子白板的文章很少，幾乎為零，而在2003年以后，文章數(shù)量有了較大增長。2004年之后，對電子白板的研究迅速增加，尤其是首都師范大學(xué)丁興富老師的團隊于2004和英國普羅米休斯(Promethean)公司開始合作的項目在國內(nèi)影響較大，在2004-2006年也出現(xiàn)了16篇相關(guān)淪文，其中還有一篇碩士論文
